JP3662184B2 - Liquid phase epitaxial growth method and apparatus - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶液に温度差をつけて結晶基板上に溶液の溶質を析出する液相エピタキシャル成長に係わり、ウェハー成長膜厚の均一性向上を成し得る液相エピタキシャル成長方法及びその装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
Ga等の低融点金属を溶媒とし、GaAs,GaPを溶質とした溶液に温度差をつけ、高温側には原料結晶を置き低温側には結晶基板を置くと、溶液中の飽和溶解度の違いと熱エネルギーにより低温側に向かっての結晶材料の拡散が起こる。従来より、この結晶材料の拡散を利用して結晶基板上への結晶成長を行う液相エピタキシャル成長方法がある。このエピタキシャル成長方法は、溶液中に効果的に温度差をつけるためにガス等の冷却媒体を使用し、低温側(結晶基板側)の吸熱を行う場合がある。
【0003】
特に、横型構造の電気炉においては、溶液の上下方向に温度差を付ける場合、溶液の加熱ヒーターを上下に分割して、上下の加熱ヒーターを別々に温度設定することが可能になっている。しかしながら、それだけでは十分な温度差は得られず、溶液の下側を強制冷却によって吸熱することが必要である。
【0004】
以下、III−V族化合物であるGaAsを例にとって説明する。
【0005】
溶液中の温度差を利用した液相エピタキシャル成長方法では、GaAs基板をボートの基板支持台にセットすると共に、ドーパントの入った溶媒としてのGaと、溶質(原料結晶)としてのGaAs多結晶とをボートの溶液溜めにセットし、更にGaAs多結晶の上方に均熱板を配置する。そして、上記ボートを水素ガス雰囲気中の炉芯管に入れて、基板温度が600〜800℃になるように昇温すると共に、炉芯管下部では空気やN2のガス等の冷却媒体で吸熱を行う。この状態において、飽和状態となった溶液をGaAs基板の上面に接触させると、飽和溶液の温度差に伴う材料拡散によってGaAs基板上に結晶成長が行なわれる。上記均熱板をボートに設置する理由は、溶液の液面上に浮かせた板形状の原料結晶の表面がボートへのセット前のエッチング処理等で反射面になっている場合、均熱板がボートに設置されていないと、溶液において上部からの幅射熱の受け方のバラツキ要因になる可能性があるためである。
【0006】
図4(a),(b)に、炉芯管下部に冷却部を設けた横型成長炉を用いて、溶液中の温度差を利用してエピタキシャル成長を行う液相エピタキシャル成長装置の断面を示す。
【0007】
図4(a)に示すように、その液相エピタキシャル成長装置を用いた液相エピタキシャル成長方法ではスライド式ボート41を用いる。このスライド式ボート(以下、単にボートと言う)41によれば、基板支持台43上に横方向にセットされた半導体基板42上を、溶液槽45を有する溶液溜め46が相対的に摺動することによって、溶液槽45の溶液44を半導体基板42に被せたり拭い取ったりするようになっている。また、上記溶液44には板形状の原料結晶52が投入されていて、その原料結晶52の上方には均熱板50が配置されている。また、上記ボート41の素材として、高純度処理が施されたグラファイト(黒鉛)が使用されている。
【0008】
上記構成の液相エピタキシャル成長装置を用いた液相エピタキシャル成長方法は以下のようにして行われる。
【0009】
まず、上記基板支持台43上に半導体基板42がセットされたボート41を、炉芯管としての石英管48内に投入する。そして、上記石英管48内の水素雰囲気中において、加熱ヒータ49でボート41を昇温し、且つ、冷却媒体51で石英管48の下部を冷却する。その状態で、上記溶液44が飽和溶液になるまで所定時間保持する。
【0010】
その後、図4(b)に示すように、操作棒47によって溶液留め46を操作して、溶液槽45を半導体基板42上に位置させて、溶液44を半導体基板42の表面に接触させる。これにより、エピタキシャル成長が行われて、半導体基板42上に結晶が成長する。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記液相エピタキシャル成長方法では、半導体基板42の表面における成長膜厚分布の均一化を図るために、半導体基板42の表面に対して垂直方向の温度勾配(温度差)を持たせつつ、半導体基板42の表面に対して平行方向(水平方向)の温度均一性が要求されている。しかしながら、上記溶液44の熱伝導率と、ボート41の素材であるグラファイトの熱伝導率との違いにより、ボート41の各部において上下に流れる熱量(熱流量)が異なる。そして、上記溶液槽45は素材にグラファイトを使用しているから、溶液44に比べて熱伝導率が大きく、溶液槽45の内壁近傍において上下方向の温度勾配(温度差)がつきにくい。その結果、図5に示すように、上記半導体基板42の表面では、中央部に比べ周辺部は溶液槽45の素材であるグラファイトの熱伝導率の影響で成長速度が遅く、その周辺部の成長膜厚が薄くなってしまう。すなわち、上記半導体基板42の表面において成長膜厚にバラツキが生ずるという問題がある。
【0012】
また、上部からボート41に供給された熱が、均熱板50/原料結晶52/溶液44/半導体基板42/基板支持台43を順に通って冷却媒体51に吸収されるのが好ましい。それには、上記原料結晶52と均熱板50とが水平方向に均等に密着しているのが望ましい。しかし、上記原料結晶52が板形状であるために、図6に示すように、実際は、原料結晶52と均熱板50との間に溶液44が回り込んでしまう。しかも、上記溶媒44が低融点金属である溶液44は粘性を有するために、溶液44が回り込む箇所と、溶液44が回り込まない箇所とが存在してしまう。上記原料結晶52と均熱板50との間において溶液44が回り込まない箇所には雰囲気ガスが存在する。このような状態は、ボート41ヘの溶液44のセット毎に異なる。このように、上記原料結晶52と均熱板50との間において、熱伝導率が小さい雰囲気ガスが部分的に存在するため、均熱板50から溶液44への熱の流れのなかで雰囲気ガスが熱の抵抗となって、水平方向の熱分布が不均一になる。その結果、上記原料結晶52と均熱板50との間において溶液44が回り込んでいる箇所は、雰囲気ガスが存在する箇所に比べて上部からの熱が伝わり易い。その結果、上記原料結晶52と均熱板50との間において溶液44が入り込んでいる箇所の直下では温度が高くなって、半導体基板42の表面に温度ムラが出来る。すなわち、上記半導体基板42の表面において温度が異なり、成長膜厚にバラツキが生じる。
【0013】
そこで、本発明の目的は、半導体基板の表面における温度ムラをなくして、その表面における成長膜厚を均一にすることができる液相エピタキシャル成長方法及びその装置を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の液相エピタキシャル成長方法は、反応炉内で、水平にセットされた半導体基板上を、下部に開口を有する溶液槽が相対的に摺動することにより、上記溶液槽の溶液を上記半導体基板上に被せたり拭い取ったりすると共に、上記溶液に温度差をつけ、この温度差を利用して上記半導体基板上に結晶を成長させる液相エピタキシャル成長方法において、上記半導体基板を収容する凹部の底面において上記溶液槽の開口に対向する対向部上に、上記半導体基板を配置し、上記対向部上に、上記半導体基板を取り囲むように上記半導体基板と同材料の単結晶または多結晶からなるダミー部材を配置し、上記溶液の上部に、先端が尖がった突起が規則的に上記半導体基板側の表面に形成された均熱板を配置することにより、上記溶液の溶質となる原料結晶を上記均熱板で押さえて、上記原料結晶を上記溶液に沈めることを特徴としている。
【0015】
上記構成の液相エピタキシャル成長方法によれば、上記半導体基板を取り囲むようにダミー部材を配置するから、溶液槽の内壁から半導体基板が遠ざかり、溶液槽の内壁から供給される熱の影響が半導体基板に及ばない。その結果、上記半導体基板の表面に対して垂直方向の温度勾配が生じると共に、半導体基板の表面に対して平行方向の温度が均一になって、半導体基板の表面における成長膜厚分布の均一化を達成することができる。
【0016】
もし、上記半導体基板の周囲にダミー部材が無いと、半導体基板の周囲の溶液が過飽和状態となるため、結晶材料が溶液槽の内周から中央部へと拡散して、膜厚分布バラツキの原因となる。
また、本発明の本発明の液相エピタキシャル成長方法は、反応炉内で、水平にセットされた半導体基板上を、下部に開口を有する溶液槽が相対的に摺動することにより、上記溶液槽の溶液を上記半導体基板上に被せたり拭い取ったりすると共に、上記溶液に温度差をつけ、この温度差を利用して上記半導体基板上に結晶を成長させる液相エピタキシャル成長方法において、上記半導体基板を収容する凹部の底面において上記溶液槽の開口に対向する対向部上に、上記半導体基板を配置し、上記対向部上に、上記半導体基板を取り囲むように上記半導体基板と同材料の単結晶または多結晶からなるダミー部材を配置し、上記溶液内に、スノコ形状の浮上り防止部材を配置することにより、上記溶液の溶質となる原料結晶を上記浮上り防止部材で押さえて、上記原料結晶を上記溶液に沈めることを特徴としている。
【0017】
また、一実施形態の発明の液相エピタキシャル成長方法は、上記半導体基板と上記ダミー部材とが略同じ厚みであることを特徴としている。
【0018】
上記一実施形態の発明の液相エピタキシャル成長方法によれば、上記半導体基板の表面において膜厚分布バラツキをなくす上で、半導体基板とダミー部材とを略同じ厚みにするのが好ましい。
【0019】
また、一実施形態の発明の液相エピタキシャル成長方法は、反応炉内で、水平にセットされた半導体基板上を、下部に開口を有する溶液槽が相対的に摺動することにより、上記溶液槽の溶液を上記半導体基板上に被せたり拭い取ったりすると共に、上記溶液に温度差をつけ、この温度差を利用して上記半導体基板上に結晶を成長させる液相エピタキシャル成長方法において、上記溶液の溶質となる原料結晶を、上記溶液に沈めていることを特徴としている。
【0020】
上記一実施形態の発明の液相エピタキシャル成長方法によれば、上記溶液内において垂直方向途中に原料結晶を置く、すなわち、原料結晶を溶液に沈め、故意に原料結晶を溶液内に位置させているから、原料結晶の上方に配置された例えば均熱板と原料結晶との間に溶液が回り込んで空隙が存在しない。つまり、上記均熱板と原料結晶との間に雰囲気ガスが存在しない。したがって、上記均熱板において溶液との接触状態が各部で同じになって、水平方向において均熱板から溶液への熱の流れが均一になる。その結果、上記半導体基板の表面に対して垂直方向の温度勾配が生じると共に、半導体基板の表面に対して平行方向の温度が均一になって、半導体基板の表面における成長膜厚分布の均一化を達成することができる。
【0021】
また、一実施形態の発明の液相エピタキシャル成長方法は、上記溶液に対して上部が下部より高温になるように温度差をつけ、上記溶液の高温側に上記原料結晶を配置することを特徴としている。
【0022】
上記一実施形態の発明の液相エピタキシャル成長方法によれば、上記溶液の高温側に原料結晶を配置するから、原料結晶を効果的に拡散させることができる。
【0023】
また、一実施形態の発明の液相エピタキシャル成長方法は、上記溶液の溶媒は低融点金属であることを特徴としている。
【0024】
上記一実施形態の発明の液相エピタキシャル成長方法によれば、上記溶液の溶媒は低融点金属であるから、半導体基板上の結晶成長を良好に行うことができる。
【0025】
また、一実施形態の発明の液相エピタキシャル成長方法は、上記低融点金属はGaであることを特徴としている。
【0026】
上記一実施形態の発明の液相エピタキシャル成長方法によれば、上記低融点金属はGaであるから、半導体基板上にIII−V化合物を成長させることができる。
【0027】
また、一実施形態の発明の液相エピタキシャル成長方法は、上記原料結晶はGaAsまたはGaPであることを特徴としている。
【0028】
上記一実施形態の発明の液相エピタキシャル成長方法によれば、上記原料結晶はGaAsまたはGaPであるから、半導体基板上にIII−V化合物を成長させることができる。
【0029】
また、本発明の液相エピタキシャル成長装置は、反応炉内で、水平にセットされた半導体基板上を、下部に開口を有する溶液槽が相対的に摺動することにより、上記溶液槽の溶液を上記半導体基板上に被せたり拭い取ったりすると共に、上記溶液に温度差をつけ、この温度差を利用して上記半導体基板上に結晶を成長させる液相エピタキシャル成長装置において、上記半導体基板を収容する凹部の底面において、上記半導体基板の周囲にダミー部材を配置するための配置部と、上記溶液槽の上部に配置され、先端が尖がった突起が規則的に表面に形成された均熱板とを備えて、上記半導体基板の全面に略均一に結晶を成長させるようにしたことを特徴としている。
【0030】
上記構成の液相エピタキシャル成長装置によれば、上記半導体基板の周囲にダミー部材を配置するための配置部を備えているから、その配置部にダミー部材を配置することにより、半導体基板がダミー部材で取り囲まれて、溶液槽の内壁から半導体基板が遠ざかり、溶液槽の内壁から供給される熱の影響が半導体基板に及ばない。その結果、上記半導体基板の表面に対して垂直方向の温度勾配が生じると共に、半導体基板の表面に対して平行方向の温度が均一になって、半導体基板の表面における成長膜厚分布の均一化を達成することができる。
【0031】
【0032】
また、上記均熱板を溶液槽の上部に配置しているので、溶液槽の溶液内に例えば原料結晶を投入したとき、原料結晶が均熱板の突起で均等に押さえられて、原料結晶が溶液中に位置する。その結果、上記突起間には溶液が回り込み、均熱板と原料結晶との間に空隙が存在しなくなって、均熱板における溶液との接触状態を各部で同じにすることができる。
【0033】
また、本発明の液相エピタキシャル成長装置は、反応炉内で、水平にセットされた半導体基板上を、下部に開口を有する溶液槽が相対的に摺動することにより、上記溶液槽の溶液を上記半導体基板上に被せたり拭い取ったりすると共に、上記溶液に温度差をつけ、この温度差を利用して上記半導体基板上に結晶を成長させる液相エピタキシャル成長装置において、上記半導体基板を収容する凹部の底面において、上記半導体基板の周囲にダミー部材を配置するための配置部と、上記溶液内に配置されたスノコ形状の浮上り防止部材を備えて、上記半導体基板の全面に略均一に結晶を成長させるようにしたことを特徴としている。
【0034】
上記構成の液相エピタキシャル成長装置によれば、上記溶液槽の溶液内に投入した例えば原料結晶を浮上り防止部材下に潜り込ませて、原料結晶を溶液中に位置させる。このとき、上記浮上り防止部材がスノコ形状であるので、原料結晶の上方に配置された例えば均熱板と原料結晶との間に溶液が回り込み、均熱板と原料結晶との間に空隙が存在しなくなって、均熱板における溶液との接触状態を各部で同じにすることができる。
【0035】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の液相エピタキシャル成長方法およびその装置を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【0036】
図1(a)に、本発明の実施の一形態の液相エピタキシャル成長方法を行うエピタキシャル成長装置の概略断面図を示し、図1(b)に、上記液相エピタキシャル成長装置の要部の概略断面図を示している。なお、図1(a),(b)では、ボート1の溶液溜め6に設けられた溶液槽5の開口15と、ボート1の基板支持台3の凹部13とを対向させた状態を示している。
【0037】
上記液相エピタキシャル成長装置は、図1(a)に示すように、反応炉としての石英管8と、この石英管8を加熱するヒータ9と、石英管8内に収容されたスライド式ボート(以下、単にボート言う)1とを備えている。このボート1は、半導体基板2を収容する凹部13が設けられた基板支持台3と、この基板支持台3上に載置され、基板支持台3に対して相対的に摺動する溶液溜め6とを有している。上記溶液溜め6が基板支持台3上を相対的に摺動することによって、溶液溜め6に形成された溶液槽5の溶液4を半導体基板2に被せたり拭ったりするようになっている。なお、上記石英管8内には、図示しない供給口から水素ガスが供給されている。また、上記石英管8の下部における吸熱を冷却媒体11で行っている。
【0038】
また、図1(b)に示すように、上記基板支持台3の凹部13の底面積と溶液槽5の開口面積とは等しくなっていて、溶液槽5の開口15に対向する凹部13の対向部としての底面13aには、半導体基板2が配置されている。この半導体基板2上にIII−V化合物を成長させる場合、溶液4の溶媒としては例えば低融点金属のGa等を用いることができ、溶液4の溶質となる原料結晶12としては例えばGaAsまたはGaPを用いることできる。上記原料結晶12は溶液4の上部に位置している。また、上記原料結晶12の上方、つまり溶液槽5の上部には均熱板10が配置されていて、その均熱板10の原料結晶側の表面には、先端が尖った円錐形状の突起20が規則的に形成されている。また、上記凹部13の底面13aにおいて、半導体基板2の周囲にダミー部材18を配置するための配置部23を設けている。上記ダミー部材18は、図2に示すように、4つあって、半導体基板2を取り囲むように配置部23に配置されている。上記ダミー部材18間には略隙間がなく、ダミー部材18が略連続して半導体基板2を取り囲んでいる。また、上記ダミー部材18は、半導体基板2と同材料の単結晶からなっている。
【0039】
上記構成の液相エピタキシャル成長装置を用いた液相エピタキシャル成長方法では、基板支持台3の凹部13に半導体基板2を水平にセットすると共に、原料結晶12を含む溶液4を溶液槽5に充填した後、その原料結晶12上に均熱板10を配置する。そして、上記ボート1を水素雰囲気中の石英管8内にいれて、所定の基板温度になるまで昇温すると共に、石英管8下部において冷却媒体11で吸熱を行う。これにより、上記溶液4において上部が下部より高温になって、原料結晶12が溶液4の高温側に位置することになる。その後、図示しない、操作棒を操作して溶液溜め6を基板支持台3に対して摺動させて、飽和状態となった溶液4を半導体基板2の上面に接触させると、飽和状態の溶液4の温度差に伴って溶質が拡散し、半導体基板2上に結晶が成長する。このとき、上記半導体基板2を取り囲むように、ダミー部材18を凹部13配置しているから、溶液槽5の内壁から半導体基板2が遠ざかっており、溶液槽5の内壁から供給される熱の影響が半導体基板2に及ばない。その結果、上記半導体基板2の表面に対して垂直方向の温度勾配が生じると共に、半導体基板2の表面に対して平行方向の温度が均一になって、図2に示すように、半導体基板2の表面における成長膜厚分布の均一化を達成することができる。
【0040】
また、上記凹部13の底面13aにおいて、半導体基板2の周囲にダミー部材18を配置するための配置部23を設けているから、その配置部23にダミー部材18を配置することにより、半導体基板2をダミー部材18で取り囲むことができる。
【0041】
また、上記半導体基板2の表面において膜厚分布バラツキをなくす上で、半導体基板2とダミー部材18とを略同じ厚みにするのが好ましい。
【0042】
また、上記均熱板10を溶液槽5の上部に配置しているので、溶液槽5の溶液4内の原料結晶12が均熱板10の突起20で均等に押さえられて、原料結晶12が溶液4中に位置する。すなわち、上記原料結晶12が沈んで溶液4内に位置している。その結果、上記突起20間には溶液4が回り込み、均熱板10と原料結晶12との間に空隙が存在しなくなって、均熱板10における溶液4との接触状態が各部で同じになって、水平方向において均熱板10から溶液4への熱の流れが均一になる。その結果、上記半導体基板2の表面に対して垂直方向の温度勾配を持たせつつ、半導体基板2の表面に対して平行方向の温度がより均一になって、半導体基板2の表面における成長膜をより均一にすることができる。
【0043】
また、上記溶液4の上部つまり高温側に原料結晶12が配置されているから、原料結晶12を効果的に拡散させることができる。
【0044】
上記実施の形態では、ヒータ9は上下に分割されていなかったが、分割されていてもよい。また、上記石英管8は縦型でも横型でもよい。
【0045】
また、上記実施の形態では、ダミー部材18は半導体基板2と同材料の単結晶からなっていたが、多結晶からなっていてもよい。
【0046】
また、上記ダミー部材18の数は4つであったが、例えば1つでもよい。この場合、上記半導体基板2を取り囲むように環状のダミー部材を配置することによって、本実施形態と同様の効果を奏する。要するに、上記ダミー部材の数は特に限定されないのである。
【0047】
また、上記ダミー部材18間に略隙間を設けずに、半導体基板2を取り囲むようにダミー部材18を略連続に配置していたが、上記ダミー部材間に隙間を設けずに、半導体基板2を取り囲むようにダミー部材を連続に配置してもよい。また、上記ダミー部材間に隙間を設けて、半導体基板2の周囲にダミー部材を不連続に配置してもよい。
【0048】
また、上記実施の形態では、凹部13の底面積と溶液槽5の開口面積とは等しかったが、等しくしなくてもよく、例えば、凹部の底面積が溶液槽の開口面積よりも大きくなるようにしてもよい。
【0049】
また、上記実施の形態では、均熱板10の突起20は円錐形状であったが、例えば、三角錐や四角錐等の形状であってもよい。
【0050】
図3は、本発明の他の実施の形態の液相エピタキシャル成長装置における要部の断面図である。なお、図1と同一部材には同一番号を付して説明を省略する。この液相エピタキシャル成長装置によれば、図3に示すように、均熱板10(図1参照)の代わりに原料結晶12側の表面が平滑面である均熱板30を用いると共に、溶液槽5の溶液4内にスノコ形状の浮上り防止部材39を配置している。そして、上記浮上り防止部材39下には原料結晶12を潜り込ませていて、原料結晶12を溶液4内に位置させている。このとき、上記浮上り防止部材39がスノコ形状であるので、均熱板30と原料結晶12との間に溶液4が回り込み、均熱板30と原料結晶12との間に空隙が存在しなくなって、均熱板10における溶液4との接触状態を各部で同じにできて、本実施形態と同様の効果を奏する。
【0051】
【発明の効果】
以上より、本発明の液相エピタキシャル成長方法は、半導体基板を取り囲むようにダミー部材を配置するから、溶液槽の内壁から半導体基板が遠ざかり、半導体基板の表面に対して垂直方向の温度勾配が生じると共に、半導体基板の表面に対して平行方向の温度が均一になり、半導体基板の表面における成長膜厚分布の均一にできる。
【0052】
一実施形態の発明の液相エピタキシャル成長方法は、上記半導体基板の表面において膜厚分布バラツキをなくす上で、半導体基板とダミー部材とを略同じ厚みにするのが好ましい。
【0053】
一実施形態の発明の液相エピタキシャル成長方法は、原料結晶を溶液に沈め、故意に原料結晶を溶液内に位置させているから、原料結晶の上方に配置された例えば均熱板と原料結晶との間に空隙が存在せず、均熱板において溶液との接触状態が各部で同じになって、水平方向において均熱板から溶液への熱の流れが均一になる。その結果、上記半導体基板の表面に対して垂直方向の温度勾配が生じると共に、半導体基板の表面に対して平行方向の温度が均一になって、半導体基板の表面における成長膜厚分布の均一化を達成することができる。
【0054】
一実施形態の発明の液相エピタキシャル成長方法は、上記溶液の高温側に原料結晶を配置するから、原料結晶を効果的に拡散させることができる。
【0055】
一実施形態の発明の液相エピタキシャル成長方法によれば、上記溶液の溶媒は低融点金属であるから、半導体基板上の結晶成長を良好に行うことができる。
【0056】
一実施形態の発明の液相エピタキシャル成長方法によれば、上記低融点金属はGaであるから、半導体基板上にIII−V化合物を成長させることができる。
【0057】
一実施形態の発明の液相エピタキシャル成長方法によれば、上記原料結晶はGaAsまたはGaPであるから、半導体基板上にIII−V化合物を成長させることができる。
【0058】
また、本発明の液相エピタキシャル成長装置は、上記半導体基板の周囲にダミー部材を配置するための配置部を備えているから、その配置部にダミー部材を配置することにより、半導体基板の表面に対して垂直方向の温度勾配が生じると共に、半導体基板の表面に対して平行方向の温度が均一になって、半導体基板の表面における成長膜厚分布の均一化を達成することができる。
【0059】
一実施形態の発明の液相エピタキシャル成長装置は、上記均熱板を溶液槽の上部に配置しているので、溶液槽の溶液内に例えば原料結晶を投入したとき、原料結晶が均熱板の突起で均等に押さえられて、原料結晶が溶液中に位置し、均熱板における溶液との接触状態を各部で同じにできる。
【0060】
一実施形態の発明の液相エピタキシャル成長装置は、スノコ形状の浮上り防止部材を溶液内に配置しているから、原料結晶の上方に配置された例えば均熱板と原料結晶との間に溶液が回り込み、均熱板と原料結晶との間に空隙が存在しなくなって、均熱板における溶液との接触状態を各部で同じにできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1(a)は本発明の実施の一形態の液相エピタキシャル成長装置の概略断面図であり、図1(b)は上記液相エピタキシャル成長装置の要部の拡大断面図である。
【図2】 図2は、上記液相エピタキシャル成長装置の成長エリアの上面図、および、その成長エリアの半導体基板の厚み分布を示すグラフである。
【図3】 図3は本発明の他の実施の形態の液相エピタキシャル成長装置の要部の拡大断面図である。
【図4】 図4は従来の液相エピタキシャル成長装置の断面図である。
【図5】 図5は、上記従来の液相エピタキシャル成長装置の概略断面図、上記従来の液相エピタキシャル成長装置の成長エリアの上面図、およびその成長エリアの半導体基板の厚み分布を示すグラフである。
【図6】 図6は上記従来の液相エピタキシャル成長装置の要部の拡大断面図である。
【符号の説明】
2 半導体基板
5 溶液槽
8 石英管
13 凹部
13a 凹部の底面
15 開口
18 ダミー部材
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a liquid phase epitaxial growth method that deposits a solute of a solution on a crystal substrate by applying a temperature difference to the solution, and relates to a liquid phase epitaxial growth method and apparatus capable of improving the uniformity of a wafer growth film thickness. .
[0002]
[Prior art]
  When a low-melting-point metal such as Ga is used as a solvent and GaAs and GaP are used as solutes, a temperature difference is made. When a raw material crystal is placed on the high temperature side and a crystal substrate is placed on the low temperature side, the difference in saturation solubility in the solution The thermal energy causes the crystal material to diffuse toward the low temperature side. Conventionally, there is a liquid phase epitaxial growth method in which crystal growth on a crystal substrate is performed by utilizing diffusion of this crystal material. In this epitaxial growth method, a cooling medium such as a gas is used to effectively make a temperature difference in the solution, and there is a case where heat is absorbed on the low temperature side (crystal substrate side).
[0003]
  In particular, in a horizontal electric furnace, when a temperature difference is made in the vertical direction of a solution, the heaters for the solution can be divided into upper and lower parts, and the upper and lower heaters can be set at different temperatures. However, a temperature difference sufficient by itself cannot be obtained, and it is necessary to absorb heat at the lower side of the solution by forced cooling.
[0004]
  Hereinafter, description will be made by taking GaAs which is a III-V group compound as an example.
[0005]
  In the liquid phase epitaxial growth method utilizing the temperature difference in the solution, the GaAs substrate is set on the substrate support of the boat, and Ga as a solvent containing a dopant and GaAs polycrystal as a solute (raw crystal) are boated. And a soaking plate is disposed above the GaAs polycrystal. Then, the boat is put into a furnace core tube in a hydrogen gas atmosphere, and the temperature of the substrate is raised to 600 to 800 ° C.2Endothermic with a cooling medium such as gas. In this state, when the saturated solution is brought into contact with the upper surface of the GaAs substrate, crystal growth is performed on the GaAs substrate by material diffusion accompanying the temperature difference of the saturated solution. The reason for installing the soaking plate on the boat is that if the surface of the plate-shaped raw material crystal that is floated on the liquid surface of the solution is a reflecting surface by etching before setting on the boat, the soaking plate is This is because, if not installed on the boat, there is a possibility that the solution will be subject to variation in how to receive the lateral heat from above.
[0006]
  4A and 4B show a cross section of a liquid phase epitaxial growth apparatus that performs epitaxial growth using a temperature difference in a solution using a horizontal growth furnace in which a cooling unit is provided at the lower part of the furnace core tube.
[0007]
  As shown in FIG. 4A, a slide boat 41 is used in the liquid phase epitaxial growth method using the liquid phase epitaxial growth apparatus. According to this sliding boat (hereinafter simply referred to as a boat) 41, a solution reservoir 46 having a solution tank 45 slides relatively on a semiconductor substrate 42 set in a lateral direction on a substrate support 43. Thus, the solution 44 in the solution tank 45 is covered or wiped on the semiconductor substrate 42. The solution 44 is charged with a plate-shaped raw material crystal 52, and a soaking plate 50 is disposed above the raw material crystal 52. Further, as the material of the boat 41, graphite (graphite) that has been subjected to high purity treatment is used.
[0008]
  The liquid phase epitaxial growth method using the liquid phase epitaxial growth apparatus having the above configuration is performed as follows.
[0009]
  First, the boat 41 in which the semiconductor substrate 42 is set on the substrate support 43 is put into a quartz tube 48 as a furnace core tube. In the hydrogen atmosphere in the quartz tube 48, the temperature of the boat 41 is raised by the heater 49, and the lower part of the quartz tube 48 is cooled by the cooling medium 51. In this state, the solution 44 is held for a predetermined time until it becomes a saturated solution.
[0010]
  Thereafter, as shown in FIG. 4B, the solution holder 46 is operated by the operation rod 47, the solution tank 45 is positioned on the semiconductor substrate 42, and the solution 44 is brought into contact with the surface of the semiconductor substrate 42. Thereby, epitaxial growth is performed, and a crystal grows on the semiconductor substrate 42.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
  By the way, in the liquid phase epitaxial growth method, in order to make the growth film thickness distribution uniform on the surface of the semiconductor substrate 42, the semiconductor substrate 42 has a temperature gradient (temperature difference) in the vertical direction with respect to the surface of the semiconductor substrate 42. Temperature uniformity in a direction parallel to the surface of the substrate 42 (horizontal direction) is required. However, due to the difference between the thermal conductivity of the solution 44 and the thermal conductivity of graphite, which is the material of the boat 41, the amount of heat (heat flow rate) flowing up and down in each part of the boat 41 differs. Since the solution tank 45 uses graphite as a material, the thermal conductivity is higher than that of the solution 44, and the temperature gradient (temperature difference) in the vertical direction is difficult to occur near the inner wall of the solution tank 45. As a result, as shown in FIG. 5, on the surface of the semiconductor substrate 42, the growth rate of the peripheral portion is slower than the central portion due to the thermal conductivity of graphite, which is the material of the solution tank 45, and the growth of the peripheral portion thereof. The film thickness becomes thin. That is, there is a problem that the growth film thickness varies on the surface of the semiconductor substrate 42.
[0012]
  Further, it is preferable that the heat supplied to the boat 41 from above is absorbed by the cooling medium 51 through the soaking plate 50 / the raw material crystal 52 / the solution 44 / the semiconductor substrate 42 / the substrate support 43 in order. For this purpose, it is desirable that the raw material crystal 52 and the soaking plate 50 are in close contact with each other in the horizontal direction. However, since the raw material crystal 52 has a plate shape, the solution 44 actually wraps around between the raw material crystal 52 and the soaking plate 50 as shown in FIG. Moreover, since the solution 44 in which the solvent 44 is a low-melting-point metal has viscosity, there are places where the solution 44 wraps around and places where the solution 44 does not wrap around. Atmospheric gas is present at a location where the solution 44 does not enter between the raw crystal 52 and the soaking plate 50. Such a state is different for each set of the solution 44 in the boat 41. As described above, since the atmospheric gas having a low thermal conductivity partially exists between the raw material crystal 52 and the soaking plate 50, the atmosphere gas is contained in the heat flow from the soaking plate 50 to the solution 44. Becomes a heat resistance, and the horizontal heat distribution becomes non-uniform. As a result, the portion where the solution 44 wraps between the raw material crystal 52 and the soaking plate 50 is more likely to transmit heat from the upper portion than the portion where the atmospheric gas exists. As a result, the temperature increases just below the portion where the solution 44 enters between the raw material crystal 52 and the soaking plate 50, and temperature unevenness is generated on the surface of the semiconductor substrate 42. That is, the temperature differs on the surface of the semiconductor substrate 42, and the growth film thickness varies.
[0013]
  SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a liquid phase epitaxial growth method and apparatus capable of eliminating temperature unevenness on the surface of a semiconductor substrate and making the growth film thickness on the surface uniform.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above object, the liquid phase epitaxial growth method of the present invention comprises a solution tank having an opening in the lower portion thereof, which is relatively slid on a horizontally set semiconductor substrate in a reaction furnace. In the liquid phase epitaxial growth method in which a solution in a bath is covered or wiped on the semiconductor substrate, a temperature difference is created in the solution, and crystals are grown on the semiconductor substrate using the temperature difference. The semiconductor substrate is disposed on a facing portion that faces the opening of the solution tank at the bottom surface of the recess that accommodates the semiconductor substrate, and a single crystal of the same material as the semiconductor substrate is formed on the facing portion so as to surround the semiconductor substrate. Polycrystalline dummy members are placedThen, by placing a soaking plate on the surface of the semiconductor substrate on the surface of the semiconductor substrate, a soaking plate having a pointed tip is regularly arranged on the top of the solution, so that the raw crystal that becomes the solute of the solution is soaked. Press the plate to submerge the raw crystal in the solutionIt is characterized by that.
[0015]
  According to the liquid phase epitaxial growth method of the above configuration, since the dummy member is disposed so as to surround the semiconductor substrate, the semiconductor substrate is moved away from the inner wall of the solution bath, and the influence of the heat supplied from the inner wall of the solution bath is applied to the semiconductor substrate. It doesn't reach. As a result, a temperature gradient in the direction perpendicular to the surface of the semiconductor substrate is generated, and the temperature in the direction parallel to the surface of the semiconductor substrate is made uniform, so that the growth film thickness distribution on the surface of the semiconductor substrate is made uniform. Can be achieved.
[0016]
  If there is no dummy member around the semiconductor substrate, the solution around the semiconductor substrate becomes supersaturated, so that the crystal material diffuses from the inner periphery to the center of the solution tank, causing variations in film thickness distribution. It becomes.
  In the liquid phase epitaxial growth method of the present invention, the solution tank having an opening in the lower portion is relatively slid on a horizontally set semiconductor substrate in a reaction furnace, thereby In a liquid phase epitaxial growth method in which a solution is covered or wiped on the semiconductor substrate, a temperature difference is created in the solution, and crystals are grown on the semiconductor substrate using the temperature difference, the semiconductor substrate is accommodated. A single crystal or a polycrystal of the same material as the semiconductor substrate so as to surround the semiconductor substrate on the facing portion on the facing portion facing the opening of the solution bath at the bottom surface of the recess A dummy member made of the above is disposed, and a scallop-shaped lifting prevention member is placed in the solution, so that the raw material crystals that become the solute of the solution are Even with, it is characterized by submerging the raw material crystals in the solution.
[0017]
  The liquid phase epitaxial growth method according to an embodiment of the present invention is characterized in that the semiconductor substrate and the dummy member have substantially the same thickness.
[0018]
  According to the liquid phase epitaxial growth method of the one embodiment of the present invention, it is preferable that the semiconductor substrate and the dummy member have substantially the same thickness in order to eliminate variations in film thickness distribution on the surface of the semiconductor substrate.
[0019]
  Further, in the liquid phase epitaxial growth method of the invention of one embodiment, a solution tank having an opening in the lower part is relatively slid on a horizontally set semiconductor substrate in a reaction furnace, thereby In the liquid phase epitaxial growth method in which the solution is covered or wiped on the semiconductor substrate, a temperature difference is created in the solution, and crystals are grown on the semiconductor substrate using the temperature difference, the solute of the solution and The raw material crystal is submerged in the above solution.
[0020]
  According to the liquid phase epitaxial growth method of the embodiment of the present invention, the raw material crystal is placed in the vertical direction in the solution, that is, the raw material crystal is submerged in the solution, and the raw material crystal is intentionally positioned in the solution. For example, the solution wraps around between the soaking plate disposed above the raw material crystal and the raw material crystal, and there is no void. That is, there is no atmospheric gas between the soaking plate and the raw material crystal. Therefore, the contact state with the solution in the soaking plate is the same in each part, and the heat flow from the soaking plate to the solution is uniform in the horizontal direction. As a result, a temperature gradient in the direction perpendicular to the surface of the semiconductor substrate is generated, and the temperature in the direction parallel to the surface of the semiconductor substrate is made uniform, so that the growth film thickness distribution on the surface of the semiconductor substrate is made uniform. Can be achieved.
[0021]
  The liquid phase epitaxial growth method according to an embodiment of the present invention is characterized in that a temperature difference is given to the solution so that the upper part is hotter than the lower part, and the raw crystal is arranged on the high temperature side of the solution. .
[0022]
  According to the liquid phase epitaxial growth method of the invention of the one embodiment, since the source crystal is arranged on the high temperature side of the solution, the source crystal can be effectively diffused.
[0023]
  Moreover, the liquid phase epitaxial growth method of the invention of one embodiment is characterized in that the solvent of the solution is a low melting point metal.
[0024]
  According to the liquid phase epitaxial growth method of the one embodiment of the present invention, since the solvent of the solution is a low melting point metal, the crystal growth on the semiconductor substrate can be performed satisfactorily.
[0025]
  In the liquid phase epitaxial growth method of the embodiment of the present invention, the low melting point metal is Ga.
[0026]
  According to the liquid phase epitaxial growth method of the embodiment of the present invention, since the low melting point metal is Ga, a III-V compound can be grown on a semiconductor substrate.
[0027]
  In the liquid phase epitaxial growth method of one embodiment of the present invention, the source crystal is GaAs or GaP.
[0028]
  According to the liquid phase epitaxial growth method of the invention of the one embodiment, since the source crystal is GaAs or GaP, a III-V compound can be grown on a semiconductor substrate.
[0029]
  In the liquid phase epitaxial growth apparatus of the present invention, the solution tank having an opening in the lower portion is relatively slid on the horizontally set semiconductor substrate in the reaction furnace, so that the solution in the solution tank is In a liquid phase epitaxial growth apparatus that covers or wipes a semiconductor substrate, creates a temperature difference in the solution, and grows a crystal on the semiconductor substrate using the temperature difference, a recess for housing the semiconductor substrate is provided. Arrangement part for arranging dummy members around the semiconductor substrate on the bottom surfaceAnd a soaking plate arranged on the top of the solution tank and having protrusions with pointed tips regularly formed on the surface,The crystal is grown substantially uniformly on the entire surface of the semiconductor substrate.
[0030]
  According to the liquid phase epitaxial growth apparatus having the above configuration, the semiconductor substrate is a dummy member by arranging the dummy member in the arrangement portion because the arrangement portion for arranging the dummy member is provided around the semiconductor substrate. The semiconductor substrate is surrounded by the inner wall of the solution tank and the influence of the heat supplied from the inner wall of the solution tank does not reach the semiconductor substrate. As a result, a temperature gradient in the direction perpendicular to the surface of the semiconductor substrate is generated, and the temperature in the direction parallel to the surface of the semiconductor substrate is made uniform, so that the growth film thickness distribution on the surface of the semiconductor substrate is made uniform. Can be achieved.
[0031]
[0032]
  AlsoThe soaking plate is arranged in the upper part of the solution tank, so when, for example, a raw material crystal is put into the solution in the solution tank, the raw crystal is uniformly pressed by the protrusions of the soaking plate, and the raw crystal is a solution. Located inside. As a result, the solution flows between the protrusions, and no gap exists between the soaking plate and the raw crystal, so that the contact state with the solution on the soaking plate can be made the same in each part.
[0033]
  Moreover, the liquid phase epitaxial growth apparatus of the present invention comprises:In the reaction furnace, a solution tank having an opening in the lower portion is relatively slid on a horizontally set semiconductor substrate, so that the solution in the solution tank is covered or wiped on the semiconductor substrate. In the liquid phase epitaxial growth apparatus for growing a crystal on the semiconductor substrate by making a temperature difference in the solution, a dummy member is formed around the semiconductor substrate at the bottom surface of the recess for housing the semiconductor substrate. An arrangement part for arrangingA scallop-shaped anti-floating member disposed in the solutionWhenWithSo that the crystal grows substantially uniformly on the entire surface of the semiconductor substrate.It is characterized by that.
[0034]
  the aboveConstitutionAccording to this liquid phase epitaxial growth apparatus, for example, a raw material crystal charged in the solution in the solution tank is submerged under the anti-floating member, and the raw material crystal is positioned in the solution. At this time, since the anti-lifting member has a scallop shape, the solution flows, for example, between the soaking plate and the starting crystal disposed above the starting crystal, and there is a gap between the soaking plate and the starting crystal. Since it does not exist, the contact state with the solution on the soaking plate can be made the same in each part.
[0035]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Hereinafter, the liquid phase epitaxial growth method and apparatus of the present invention will be described in detail with reference to embodiments shown in the drawings.
[0036]
  FIG. 1A shows a schematic cross-sectional view of an epitaxial growth apparatus for performing a liquid phase epitaxial growth method according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B shows a schematic cross-sectional view of the main part of the liquid phase epitaxial growth apparatus. Show. 1A and 1B show a state in which the opening 15 of the solution tank 5 provided in the solution reservoir 6 of the boat 1 and the recess 13 of the substrate support 3 of the boat 1 are opposed to each other. Yes.
[0037]
  As shown in FIG. 1A, the liquid phase epitaxial growth apparatus includes a quartz tube 8 as a reaction furnace, a heater 9 for heating the quartz tube 8, and a sliding boat (hereinafter referred to as a sliding boat) accommodated in the quartz tube 8. , Simply say a boat). The boat 1 includes a substrate support 3 provided with a recess 13 for accommodating a semiconductor substrate 2, and a solution reservoir 6 that is placed on the substrate support 3 and slides relative to the substrate support 3. And have. The solution reservoir 6 slides relatively on the substrate support 3 to cover or wipe the semiconductor substrate 2 with the solution 4 in the solution tank 5 formed in the solution reservoir 6. Note that hydrogen gas is supplied into the quartz tube 8 from a supply port (not shown). Further, heat absorption at the lower part of the quartz tube 8 is performed by the cooling medium 11.
[0038]
  Further, as shown in FIG. 1B, the bottom area of the recess 13 of the substrate support 3 and the opening area of the solution tank 5 are equal to each other, and the opposite of the recess 13 facing the opening 15 of the solution tank 5. The semiconductor substrate 2 is disposed on the bottom surface 13a as a part. When a III-V compound is grown on the semiconductor substrate 2, for example, a low melting point metal such as Ga can be used as the solvent of the solution 4. For example, GaAs or GaP can be used as the source crystal 12 that becomes the solute of the solution 4. Can be used. The raw material crystal 12 is located above the solution 4. Further, a soaking plate 10 is disposed above the raw material crystal 12, that is, above the solution tank 5, and a conical protrusion 20 having a sharp tip is formed on the surface of the soaking plate 10 on the raw crystal side. Are regularly formed. An arrangement portion 23 for arranging the dummy member 18 is provided around the semiconductor substrate 2 on the bottom surface 13 a of the recess 13. As shown in FIG. 2, there are four dummy members 18 and are arranged in the arrangement portion 23 so as to surround the semiconductor substrate 2. There is no substantial gap between the dummy members 18, and the dummy members 18 substantially continuously surround the semiconductor substrate 2. The dummy member 18 is made of a single crystal of the same material as the semiconductor substrate 2.
[0039]
  In the liquid phase epitaxial growth method using the liquid phase epitaxial growth apparatus having the above configuration, the semiconductor substrate 2 is set horizontally in the recess 13 of the substrate support 3 and the solution tank 5 is filled with the solution 4 containing the raw crystal 12. A soaking plate 10 is disposed on the raw crystal 12. Then, the boat 1 is put in a quartz tube 8 in a hydrogen atmosphere and heated up to a predetermined substrate temperature, and heat is absorbed by the cooling medium 11 at the lower part of the quartz tube 8. As a result, the upper portion of the solution 4 is heated to a higher temperature than the lower portion, and the raw crystal 12 is positioned on the high temperature side of the solution 4. Thereafter, when the operation rod (not shown) is operated to slide the solution reservoir 6 relative to the substrate support 3 to bring the saturated solution 4 into contact with the upper surface of the semiconductor substrate 2, the saturated solution 4 is obtained. With the temperature difference, the solute diffuses and crystals grow on the semiconductor substrate 2. At this time, since the concave member 13 is disposed so as to surround the semiconductor substrate 2, the semiconductor substrate 2 is moved away from the inner wall of the solution tank 5, and the influence of heat supplied from the inner wall of the solution tank 5. Does not reach the semiconductor substrate 2. As a result, a temperature gradient in the direction perpendicular to the surface of the semiconductor substrate 2 occurs, and the temperature in the direction parallel to the surface of the semiconductor substrate 2 becomes uniform. As shown in FIG. Uniformity of the growth film thickness distribution on the surface can be achieved.
[0040]
  Further, since the placement portion 23 for placing the dummy member 18 is provided around the semiconductor substrate 2 on the bottom surface 13a of the recess 13, the semiconductor substrate 2 is disposed by placing the dummy member 18 in the placement portion 23. Can be surrounded by a dummy member 18.
[0041]
  Moreover, it is preferable that the semiconductor substrate 2 and the dummy member 18 have substantially the same thickness in order to eliminate variations in film thickness distribution on the surface of the semiconductor substrate 2.
[0042]
  Further, since the soaking plate 10 is arranged on the upper part of the solution tank 5, the raw material crystals 12 in the solution 4 of the solution bath 5 are uniformly pressed by the protrusions 20 of the soaking plate 10, so that the raw crystal 12 is Located in solution 4. That is, the raw material crystal 12 sinks and is located in the solution 4. As a result, the solution 4 wraps around between the protrusions 20, and no gap exists between the soaking plate 10 and the raw crystal 12, and the contact state with the solution 4 on the soaking plate 10 becomes the same in each part. Thus, the heat flow from the soaking plate 10 to the solution 4 becomes uniform in the horizontal direction. As a result, the temperature in the direction parallel to the surface of the semiconductor substrate 2 becomes more uniform while having a temperature gradient in the direction perpendicular to the surface of the semiconductor substrate 2, so that a growth film on the surface of the semiconductor substrate 2 is formed. It can be made more uniform.
[0043]
  In addition, since the raw material crystal 12 is disposed above the solution 4, that is, on the high temperature side, the raw material crystal 12 can be effectively diffused.
[0044]
  In the above embodiment, the heater 9 is not divided into upper and lower parts, but may be divided. The quartz tube 8 may be a vertical type or a horizontal type.
[0045]
  In the above embodiment, the dummy member 18 is made of a single crystal of the same material as the semiconductor substrate 2, but may be made of polycrystal.
[0046]
  The number of the dummy members 18 is four, but may be one, for example. In this case, by arranging an annular dummy member so as to surround the semiconductor substrate 2, the same effects as in the present embodiment can be obtained. In short, the number of the dummy members is not particularly limited.
[0047]
  In addition, the dummy members 18 are arranged substantially continuously so as to surround the semiconductor substrate 2 without providing a gap between the dummy members 18, but the semiconductor substrate 2 is formed without providing a gap between the dummy members. You may arrange | position a dummy member continuously so that it may surround. Further, a gap may be provided between the dummy members, and the dummy members may be discontinuously arranged around the semiconductor substrate 2.
[0048]
  Moreover, in the said embodiment, although the bottom area of the recessed part 13 and the opening area of the solution tank 5 were equal, it does not need to be equal, for example, the bottom area of a recessed part becomes larger than the opening area of a solution tank. It may be.
[0049]
  Moreover, in the said embodiment, although the processus | protrusion 20 of the soaking | uniform-heating plate 10 was conical shape, shapes, such as a triangular pyramid and a quadrangular pyramid, may be sufficient, for example.
[0050]
  FIG. 3 is a cross-sectional view of a main part in a liquid phase epitaxial growth apparatus according to another embodiment of the present invention. Note that the same members as those in FIG. According to this liquid phase epitaxial growth apparatus, as shown in FIG. 3, a soaking plate 30 having a smooth surface on the source crystal 12 side is used instead of the soaking plate 10 (see FIG. 1), and the solution bath 5 A slat-shaped lifting prevention member 39 is arranged in the solution 4. The raw material crystal 12 is submerged under the anti-lifting member 39 so that the raw material crystal 12 is positioned in the solution 4. At this time, since the lifting prevention member 39 has a scallop shape, the solution 4 flows between the soaking plate 30 and the raw material crystal 12, and no gap exists between the soaking plate 30 and the raw crystal 12. Thus, the contact state of the soaking plate 10 with the solution 4 can be made the same in each part, and the same effect as the present embodiment can be obtained.
[0051]
【The invention's effect】
  As described above, in the liquid phase epitaxial growth method of the present invention, since the dummy member is disposed so as to surround the semiconductor substrate, the semiconductor substrate is moved away from the inner wall of the solution tank, and a temperature gradient in a direction perpendicular to the surface of the semiconductor substrate is generated. The temperature in the direction parallel to the surface of the semiconductor substrate becomes uniform, and the growth film thickness distribution on the surface of the semiconductor substrate can be made uniform.
[0052]
  In the liquid phase epitaxial growth method according to an embodiment of the present invention, it is preferable that the semiconductor substrate and the dummy member have substantially the same thickness in order to eliminate variations in film thickness distribution on the surface of the semiconductor substrate.
[0053]
  In the liquid phase epitaxial growth method of the invention of one embodiment, since the source crystal is submerged in the solution and the source crystal is intentionally positioned in the solution, for example, the soaking plate disposed above the source crystal and the source crystal There is no gap between them, and the contact state with the solution in the soaking plate is the same in each part, and the heat flow from the soaking plate to the solution is uniform in the horizontal direction. As a result, a temperature gradient in the direction perpendicular to the surface of the semiconductor substrate is generated, and the temperature in the direction parallel to the surface of the semiconductor substrate becomes uniform, so that the growth film thickness distribution on the surface of the semiconductor substrate is made uniform. Can be achieved.
[0054]
  In the liquid phase epitaxial growth method according to one embodiment of the present invention, since the raw material crystal is arranged on the high temperature side of the solution, the raw material crystal can be effectively diffused.
[0055]
  According to the liquid phase epitaxial growth method of an embodiment of the present invention, the solvent of the solution is a low melting point metal, so that the crystal growth on the semiconductor substrate can be favorably performed.
[0056]
  According to the liquid phase epitaxial growth method of an embodiment of the present invention, since the low melting point metal is Ga, a III-V compound can be grown on a semiconductor substrate.
[0057]
  According to the liquid phase epitaxial growth method of an embodiment of the present invention, since the source crystal is GaAs or GaP, a III-V compound can be grown on a semiconductor substrate.
[0058]
  Moreover, since the liquid phase epitaxial growth apparatus of this invention is equipped with the arrangement | positioning part for arrange | positioning a dummy member around the said semiconductor substrate, it arrange | positions with respect to the surface of a semiconductor substrate by arrange | positioning a dummy member in the arrangement | positioning part. As a result, a temperature gradient in the vertical direction occurs, and the temperature in the direction parallel to the surface of the semiconductor substrate becomes uniform, so that a uniform growth film thickness distribution on the surface of the semiconductor substrate can be achieved.
[0059]
  In the liquid phase epitaxial growth apparatus according to an embodiment of the present invention, since the soaking plate is disposed in the upper part of the solution tank, for example, when starting material crystals are put into the solution in the solution tank, the starting crystals are protrusions of the soaking plate. The raw material crystals are located in the solution and the contact state with the solution on the soaking plate can be made the same in each part.
[0060]
  In the liquid phase epitaxial growth apparatus according to the embodiment of the present invention, the scallop-shaped lifting prevention member is arranged in the solution, so that the solution is placed between, for example, the soaking plate and the raw material crystal arranged above the raw crystal. As a result, there is no gap between the soaking plate and the raw material crystal, and the contact state with the solution on the soaking plate can be made the same in each part.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a schematic cross-sectional view of a liquid phase epitaxial growth apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is an enlarged cross-sectional view of the main part of the liquid phase epitaxial growth apparatus.
FIG. 2 is a top view of a growth area of the liquid phase epitaxial growth apparatus and a graph showing a thickness distribution of a semiconductor substrate in the growth area.
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of a main part of a liquid phase epitaxial growth apparatus according to another embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a conventional liquid phase epitaxial growth apparatus.
FIG. 5 is a schematic sectional view of the conventional liquid phase epitaxial growth apparatus, a top view of a growth area of the conventional liquid phase epitaxial growth apparatus, and a graph showing a thickness distribution of a semiconductor substrate in the growth area.
FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of a main part of the conventional liquid phase epitaxial growth apparatus.
[Explanation of symbols]
2 Semiconductor substrate
5 Solution tank
8 Quartz tube
13 recess
13a Bottom of recess
15 opening
18 Dummy material

Claims (9)

反応炉内で、水平にセットされた半導体基板上を、下部に開口を有する溶液槽が相対的に摺動することにより、上記溶液槽の溶液を上記半導体基板上に被せたり拭い取ったりすると共に、上記溶液に温度差をつけ、この温度差を利用して上記半導体基板上に結晶を成長させる液相エピタキシャル成長方法において、
上記半導体基板を収容する凹部の底面において上記溶液槽の開口に対向する対向部上に、上記半導体基板を配置し、
上記対向部上に、上記半導体基板を取り囲むように上記半導体基板と同材料の単結晶または多結晶からなるダミー部材を配置し、
上記溶液の上部に、先端が尖がった突起が規則的に上記半導体基板側の表面に形成された均熱板を配置することにより、上記溶液の溶質となる原料結晶を上記均熱板で押さえて、上記原料結晶を上記溶液に沈めることを特徴とする液相エピタキシャル成長方法。
In the reaction furnace, a solution tank having an opening in the lower portion is relatively slid on a horizontally set semiconductor substrate, so that the solution in the solution tank is covered or wiped on the semiconductor substrate. In the liquid phase epitaxial growth method of adding a temperature difference to the solution and growing a crystal on the semiconductor substrate using the temperature difference,
The semiconductor substrate is disposed on a facing portion facing the opening of the solution tank at the bottom surface of the concave portion that accommodates the semiconductor substrate,
A dummy member made of a single crystal or a polycrystal of the same material as the semiconductor substrate is disposed on the facing portion so as to surround the semiconductor substrate ,
On the top of the solution, by placing a soaking plate with regularly pointed protrusions formed on the surface of the semiconductor substrate, the raw crystal that becomes the solute of the solution is placed on the soaking plate. A liquid phase epitaxial growth method, characterized in that the raw material crystal is submerged in the solution by pressing .
反応炉内で、水平にセットされた半導体基板上を、下部に開口を有する溶液槽が相対的に摺動することにより、上記溶液槽の溶液を上記半導体基板上に被せたり拭い取ったりすると共に、上記溶液に温度差をつけ、この温度差を利用して上記半導体基板上に結晶を成長させる液相エピタキシャル成長方法において、
上記半導体基板を収容する凹部の底面において上記溶液槽の開口に対向する対向部上に、上記半導体基板を配置し、
上記対向部上に、上記半導体基板を取り囲むように上記半導体基板と同材料の単結晶または多結晶からなるダミー部材を配置し、
上記溶液内に、スノコ形状の浮上り防止部材を配置することにより、上記溶液の溶質となる原料結晶を上記浮上り防止部材で押さえて、上記原料結晶を上記溶液に沈めることを特徴とする液相エピタキシャル成長方法。
In the reaction furnace, a solution tank having an opening in the lower portion is relatively slid on a horizontally set semiconductor substrate, so that the solution in the solution tank is covered or wiped on the semiconductor substrate. In the liquid phase epitaxial growth method of adding a temperature difference to the solution and growing a crystal on the semiconductor substrate using the temperature difference ,
The semiconductor substrate is disposed on a facing portion facing the opening of the solution tank at the bottom surface of the concave portion that accommodates the semiconductor substrate,
A dummy member made of a single crystal or a polycrystal of the same material as the semiconductor substrate is disposed on the facing portion so as to surround the semiconductor substrate,
To the above solution in, by arranging the uplift preventing member gridiron shape, the raw crystal comprising a solute of the solution are pressed by preventing member Ri said levitation, characterized Rukoto submerged the raw material crystals in the solution Liquid phase epitaxial growth method.
請求項1または2に記載の液相エピタキシャル成長方法において、
上記半導体基板と上記ダミー部材とが略同じ厚みであることを特徴とする液相エピタキシャル成長方法。
In the liquid phase epitaxial growth method according to claim 1 or 2 ,
Liquid phase epitaxial growth method in which the semiconductor substrate and the said dummy member is substantially characterized the same thickness der Rukoto.
請求項1乃至3のいずれか1つに記載の液相エピタキシャル成長方法において、
上記溶液に対して上部が下部より高温になるように温度差をつけ、上記溶液の高温側に上記原料結晶を配置することを特徴とする液相エピタキシャル成長方法。
In the liquid phase epitaxial growth method according to any one of claims 1 to 3,
A liquid phase epitaxial growth method characterized in that a temperature difference is given to the solution so that the upper part is hotter than the lower part, and the raw crystal is arranged on the high temperature side of the solution.
請求項1乃至4のいずれか1つに記載の液相エピタキシャル成長方法において、
上記溶液の溶媒は低融点金属であることを特徴とする液相エピタキシャル成長方法。
In the liquid phase epitaxial growth method according to any one of claims 1 to 4,
A liquid phase epitaxial growth method, wherein the solvent of the solution is a low melting point metal.
請求項5に記載の液相エピタキシャル成長方法において、
上記低融点金属はGaであることを特徴とする液相エピタキシャル成長方法。
In the liquid phase epitaxial growth method of Claim 5,
The liquid phase epitaxial growth method, wherein the low melting point metal is Ga.
請求項1乃至6のいずれか1つに記載の液相エピタキシャル成長方法において、
上記原料結晶はGaAsまたはGaPであることを特徴とする液相エピタキシャル成長方法。
In the liquid phase epitaxial growth method according to any one of claims 1 to 6,
A liquid phase epitaxial growth method, wherein the source crystal is GaAs or GaP.
反応炉内で、水平にセットされた半導体基板上を、下部に開口を有する溶液槽が相対的に摺動することにより、上記溶液槽の溶液を上記半導体基板上に被せたり拭い取ったりすると共に、上記溶液に温度差をつけ、この温度差を利用して上記半導体基板上に結晶を成長させる液相エピタキシャル成長装置において、
上記半導体基板を収容する凹部の底面において、上記半導体基板の周囲にダミー部材を配置するための配置部と、
上記溶液槽の上部に配置され、先端が尖がった突起が規則的に表面に形成された均熱板と
を備えて、
上記半導体基板の全面に略均一に結晶を成長させるようにしたことを特徴とする液相エピタキシャル成長装置。
In the reaction furnace, a solution tank having an opening in the lower portion is relatively slid on a horizontally set semiconductor substrate, so that the solution in the solution tank is covered or wiped on the semiconductor substrate. In the liquid phase epitaxial growth apparatus for adding a temperature difference to the solution and growing a crystal on the semiconductor substrate using the temperature difference,
An arrangement portion for arranging a dummy member around the semiconductor substrate on the bottom surface of the recess for housing the semiconductor substrate ;
A soaking plate disposed on the top of the solution tank and having protrusions with pointed tips regularly formed on the surface ;
A liquid phase epitaxial growth apparatus characterized in that crystals are grown substantially uniformly on the entire surface of the semiconductor substrate.
反応炉内で、水平にセットされた半導体基板上を、下部に開口を有する溶液槽が相対的に摺動することにより、上記溶液槽の溶液を上記半導体基板上に被せたり拭い取ったりすると共に、上記溶液に温度差をつけ、この温度差を利用して上記半導体基板上に結晶を成長させる液相エピタキシャル成長装置において、
上記半導体基板を収容する凹部の底面において上記半導体基板の周囲にダミー部材を配置するための配置部と、
上記溶液内に配置されたスノコ形状の浮上り防止部材と
を備えて、
上記半導体基板の全面に略均一に結晶を成長させるようにしたことを特徴とする液相エピタキシャル成長装置。
In the reaction furnace, a solution tank having an opening in the lower portion is relatively slid on a horizontally set semiconductor substrate, so that the solution in the solution tank is covered or wiped on the semiconductor substrate. In the liquid phase epitaxial growth apparatus for adding a temperature difference to the solution and growing a crystal on the semiconductor substrate using the temperature difference ,
An arrangement portion for arranging a dummy member around the semiconductor substrate on the bottom surface of the recess for housing the semiconductor substrate;
Includes a <br/> and uplift preventing member gridiron shape arranged above solution in,
A liquid phase epitaxial growth apparatus characterized in that crystals are grown substantially uniformly on the entire surface of the semiconductor substrate .
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